1、中华人民共和国电力行业标准 P DL/T 5087-1999 水电水利工程围堰设计导则 Design guide of cofferdam for hydropower and water conservancy project 主编部门长江水利委员会长江水利勘测规划设计研究院 批准部门中华人民共和国国家经济贸易委员会 批准文号国经贸电力1990 740号 前 言 根据原能源部水利部能源技(1988)12号文关于水利水电勘测设计技术标准体系的批复原能源部水利部水利水电规划设计总院于1990年委托长江水利委员会长江水利勘测规划设计研究院负责本导则的编写工作 制定本导则是为了提高我国水利水电工程围
2、堰设计水平保证设计质量 本导则编制过程中经历了编制提纲调查研究导则编制三个阶段先后提出了导则的征求意见稿送审稿和报批稿原能源部水利部水利水电规划设计总院分期组织了对提纲各文本内容等方面的讨论函审和审查在吸取了我国已建围堰工程设计施工运行经验的基础上通过多次调整和修改最后定稿 本导则由原能源部水利部水利水电规划设计总院提出 本导则由国家电力公司水电水利规划设计总院归口 本导则起草单位为长江水利委员会长江水利勘测规划设计研究院 本导则主要起草人高黛安蒋乃明陈珙新张小厅夏仲平 本导则由国家电力公司水电水利规划设计总院负责解释 1 范 围 本标准给出了水电水利工程围堰的设计导则适用于大中型水电水利工程
3、的可行性研究阶段和招标阶段的围堰设计 2 引用标准 下列标准所包含的条文通过在本标准中引用而构成为本标准的条文本标准出版时所示版本均为有效所有标准都会被修订使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性 SDJ 21 78 混凝土重力坝设计规范 SDJ 145 85 混凝土拱坝设计规范 SDJ 218 84 碾压式土石坝设计规范 SDJ 338 89 水利水电工程施工组织设计规范 3 总 则 3.0.1 为正确贯彻SDJ338保证我国水利水电工程围堰设计质量特制定本导则 3.0.2 围堰设计应遵循就地取材施工方便结构简单安全可靠经济合理的原则 3.0.3 与永久建筑物结合的围堰应按永久建筑
4、物标准设计 3.0.4 围堰设计除了执行本导则外还应符合现行国家行业标准的有关规定 4 设计标准与基本资料 4.1 设计标准 4.1.1 围堰等级应根据被保护的对象失事后果围堰工程规模和使用年限按SDJ338的规定划分为级级 4.1.2 围堰设计洪水标准应根据围堰类型和级别按SDJ338的规定结合风险度综合分析使所选标准经济合理 4.1.3 过水围堰的挡水标准应结合河流水文特点施工工期挡水时段经技术经济比较后在重现期3年20年范围内选定 4.2 基本资料 4.2.1 坝址的水文气象条件实测流量水位和坝址河段汛期及枯水期水面比降资料各种频率全年和枯水期时段及分月瞬时最大流量计算值和流量过程线各种
5、频率逐月及枯水时段旬平均流量计算值坝址水位流量关系曲线库容曲线坝址降雨冰情气温及风速资料 4.2.2 坝址地形地质条件实测坝址及围堰范围地形图和地质图堰址河床覆盖层厚度颗粒组成及渗透性等特性资料岩层产状物理力学指标及渗透性等特性资料坝址附近建筑材料(防渗土料块石料及砂砾石料)储量物理力学指标及开采运输条件等资料 4.2.3 水工枢纽布置及工程规模围堰保护的永久建筑物型式及布置 4.2.4 施工导截流方式模型试验及枢纽工程施工总布置总进度及施工方案资料 4.2.5 围堰挡水期水力学条件包括围堰挡水水位流量和围堰附近的水流流态流速资料施工期河道通航漂木及排冰情况 4.2.6 过水围堰运行期的挡水条
6、件和过水水力学条件包括围堰顶过流水深单宽流量流态及流速资料 4.2.7 永久建筑物基础开挖施工时对围堰堰体稳定及基础渗透的影响 4.2.8 围堰运行期泄水建筑物泄流对围堰坡脚的冲刷资料 4.2.9 围堰运行期堰体迎水坡脚泥沙淤积和河床覆盖层冲刷情况 5 围堰型式选择 5.1 选择原则 5.1.1 堰体运行必须安全可靠满足稳定防渗和抗冲要求 5.1.2 围堰型式应结构简单施工方便在计划工期内按设计要求建成 5.1.3 围堰基础应选在水文地质简单易于处理堰体便于与岸坡或已有建筑物连接的位置 5.1.4 堰体材料宜充分利用当地材料及开挖渣料 5.1.5 围堰堰体便于与永久建筑物相结合 5.1.6 围
7、堰型式应能适应施工和防汛抢险要求 5.2 土石围堰 5.2.1 土石围堰充分利用当地材料对基础适应性强施工工艺简单 便于防汛抢险应优先选用 5.2.2 采用土料防渗的土石围堰在当地富有砂壤土风化料或砾质土且经试验论证能满足防渗要求时 应优先用作防渗土料 5.2.3 若当地无防渗土料或受气候条件影响较大可选用钢板桩心墙混凝土心墙混凝土防渗墙沥青混凝土防渗墙或土工膜等型式防渗 5.2.4 土石围堰用作纵向围堰时其坡脚流速宜控制在5m/s以内若围堰坡脚流速大于5m/s应专门研究防冲结构措施 5.2.5 土石围堰用作过水围堰应做好溢流面堰趾下游基础和两岸接头的防冲保护过水围堰应分析研究围堰过水水力条件
8、并通过水工模型试验论证消能防冲措施 5.3 混凝土围堰 5.3.1 混凝土围堰宜建在岩石地基上适用于纵向围堰和横向过水围堰 5.3.2 碾压混凝土围堰造价低施工简便可缩短工期在有条件时 应优先采用 5.3.3 纵向混凝土围堰主要受基础抗冲流速控制应研究基础防冲保护措施 5.3.4 混凝土过水围堰应通过水工模型试验论证围堰下游消能防冲问题 5.4 其他型式围堰 5.4.1 浆砌石木笼竹笼草土等围堰型式应用地区特点较强可用于当地料源丰富施工单位经验较多的工程围堰高度均不宜太高 5.4.2 钢板桩格型围堰适用于岩石地基或在混凝土基座上建造也可用于软基其最大挡水水头应不大于30m 6 围 堰 布 置
9、6.1 布置原则 6.1.1 围堰布置应满足围护的建筑物基础开挖施工机械及施工道路布置要求且需满足基坑排水运行要求 6.1.2 围堰布置应满足堰体及防渗体与岸坡接头或与其他建筑物的连接要求 6.1.3 围堰布置应通过导截流整体水工模型试验满足水力学条件及防冲要求 6.1.4 围堰布置应考虑基础地质条件以减少围堰基础处理工程量 6.1.5 围堰布置应避开两岸溪流汇入基坑当避不开时应采取相应措施 6.2 断流围堰布置 6.2.1 上下游断流围堰布置宜选在离坝轴线较近河道顺直工程量较小地形地质条件较好施工简便的位置 6.2.2 上下游横向围堰迎水面坡脚距导流泄水建筑物进出口的距离 应满足围堰坡脚防冲
10、要求 6.2.3 断流围堰宜布置成直线若地形地质条件较好上游围堰亦可布置成拱型 6.2.4 上下游过水围堰轴线宜与河道水流流向垂直 6.3 分期围堰布置 6.3.1 一期围堰对河床束窄程度可控制在40% 60%之间纵向围堰位置应按分期导流流量结合枢纽布置地形地质条件施工通航河床防冲要求综合比较后确定 6.3.2 横向围堰轴线与纵向围堰轴线的交角宜控制在90 120之间 6.3.3 纵向围堰防渗体必须与横向围堰的防渗体形成封闭接头 6.3.4 纵向围堰的长度应满足横向围堰坡脚防冲要求 6.3.5 纵向围堰宜布置成直线并应满足二期泄水建筑物进流条件 6.3.6 纵向围堰背水坡脚距永久建筑物基础开挖
11、边坡开口线的距离必须考虑对堰基稳定的要求 7 围堰断面设计 7.1 断面设计要求 7.1.1 不过水围堰堰顶高程应按设计洪水的静水位加波浪高度并计入安全超高其安全超高值应不低于表7.1.1所列数值 土石围堰防渗体顶部高程在设计洪水静水位以上的超高值与防渗型式有关心墙式防渗体应为0.6m 0.3m斜墙式防渗体应为0.8m 0.6m 表 7.1.1 不过水围堰堰顶安全超高下限值m 堰 顶 级 别 围 堰 型 式 土 石 围 堰 0.7 0.5 混 凝 土 围 堰 0.4 0.3 7.1.2 过水围堰堰顶高程应按设计洪水静水位加波浪高度确定不另计安全超高值 7.1.3 为满足施工需要和防汛抢险要求各
12、类围堰堰顶宽度宜按下列有关数值选用土石围堰7m 10m混凝土围堰3m 6m 7.1.4 围堰断面设计应根据堰基地质条件筑堰材料性能施工条件施工工艺等因素初步拟定再通过结构计算予以确定 7.1.5 土石围堰防渗土料堰体与堰壳之间应设置反滤层反滤料应优先选用天然级配砂砾料一次铺成 7.2 水力计算 7.2.1 纵向围堰应按束窄河床进行各期导流水力计算确定河道各束窄断面的设计洪水水位和流速流态用以确定纵向围堰防冲措施及河道通航条件 7.2.2 过水围堰应在设计洪水标准范围内选择最不利情况进行水力计算研究改善水力条件及防冲设施 7.2.3 土石围堰应进行渗流计算根据浸润线研究堰体堰基渗透稳定并计算其渗
13、流量 7.2.4 建在含有软弱夹层的岩基或软基上的混凝土围堰应计算堰基渗透稳定和渗流量 7.2.5 围堰渗流计算应考虑围堰运行中各种条件选择最不利工况核算堰体及堰坡稳定 7.2.6 围堰防渗体及堰基的安全渗透比降应根据试验成果经论证后取用 7.3 稳定计算 7.3.1 围堰稳定安全系数见表7.3.1 表 7.3.1 围堰稳定安全系数 围堰型式级 别抗 滑备 注1.2 土石围堰1.05边坡稳定 混凝土围堰1.05按抗剪强度公式计算3按抗剪断强度公式计算2.5按抗剪断强度考虑排水失效7.3.2 围堰稳定计算应根据围堰型式围堰材料工作条件等进行主要考虑以下荷载堰体自重静水压力扬压力浪压力动水压力泥沙
14、压力冰压力孔隙水压力等 7.3.3 土石围堰宜按极限平衡法计算边坡稳定均质土石围堰可采用不计条块间作用力的瑞典圆弧法黏土斜墙和心墙土石围堰可采用折线滑动静力计算法或滑楔法 7.3.4 混凝土围堰稳定应按抗剪强度公式或抗剪断强度公式进行计算 a)核算围堰建基面的抗滑稳定 b)核算围堰岸坡断面抗滑稳定 c)当围堰基础内有软弱夹层缓倾角结构面及不利的地形地质时应核算沿最不利结构面的抗滑稳定 7.3.5 过水围堰运用期应分别对不同运行水位和不同工作状态(充水过流退水)进行堰体及堰基稳定性核算 7.3.6 土石过水围堰运用期必须依据过水条件及围堰结构型式特点 对下列堰体部位进行分部结构的专项设计除满足水
15、力设计要求外还应满足强度及稳定要求 a)土石过水围堰进水端及堰顶溢流结构 b)土石过水围堰下游坡护面结构 c)土石过水围堰下游水面衔接及消能防冲措施 d)土石过水围堰两岸防冲措施 7.4 应力计算 7.4.1 混凝土重力式围堰建基面和堰体垂直正应力应按SDJ21进行计算 7.4.2 混凝土重力式围堰在设计洪水位时迎水面允许有主拉应力0.1MPa 0.15MPa堰体允许有主拉应力0.2MPa 7.4.3 混凝土拱形围堰应力应按SDJ145中应力分析方法进行计算 7.4.4 土石围堰垂直沉降变形应按SDJ218中的公式进行计算 7.4.5 重要的和高水头的围堰除应按常规方法计算外尚应采用有限元方法
16、分析堰体及堰基的应力和应变 8 围堰基础处理设计 8.1 一般规定 8.1.1 围堰基础处理应满足下列条件 a)基础渗透稳定和控制渗水量的要求 b)围堰变形和不均匀沉陷的要求 c)堰体稳定要求 8.1.2 堰基砂砾石层的防渗处理措施应考虑防渗可靠施工方便造价低工期短且有利于拆除等因素 8.1.3 堰基防渗体与堰体防渗墙的连接堰基防渗体与岸坡或建筑物接头防渗处理应满足渗透稳定的要求 8.1.4 围堰基础覆盖层下的基岩灌浆处理应在分析研究基岩地质条件和建筑物级别等因素后确定 8.2 防渗处理 8.2.1 在下列条件下宜采用铺盖防渗处理土石围堰挡水水头不高附近有适宜筑铺盖的土料铺盖土料渗透系数小于0
17、.1 10-3cm/s 8.2.2 覆盖层较浅具备水下开挖施工条件宜用截水槽防渗处理截水槽尺寸必须满足防渗料与基岩接触面的容许渗透比降要求 8.2.3 覆盖层厚度大于20m宜用混凝土防渗墙及柔性材料防渗墙处理 8.2.4 砂土冲积层或砂砾石层中卵石含量小于40%且无大漂石覆盖层厚度小于15m宜用钢板桩防渗墙处理 8.2.5 根据覆盖层厚度和组成情况可比较选用水泥或黏土水泥灌浆高压喷射灌浆板桩灌注墙泥浆槽防渗墙等防渗处理方式 8.3 其他处理 8.3.1 在覆盖层较浅时围堰基础可作挖除处理 8.3.2 为防止堰基变形液化不均匀沉陷可进行振冲加固强夯等技术处理 9 围堰施工设计 9.0.1 围堰施
18、工进度应满足工程施工总进度的要求 9.0.2 围堰施工设计应根据施工总进度的要求确定施工进度施工程序施工方法施工机械设备配置及劳动力数量施工布置等 9.0.3 土石围堰堰体填料应做好料场规划和土石方平衡设计 9.0.4 用黏性土料做防渗体的土石围堰堰体或混凝土堰体的施工设计应有冬雨季施工措施设计 9.0.5 混凝土围堰宜在临时低土石围堰围护下干地施工施工设计应研究土石围堰施工基坑排水混凝土围堰基础开挖和混凝土浇筑进度和度汛要求 9.0.6 混凝土围堰施工可选用起重机起吊混凝土料罐入仓混凝土泵入仓汽车直接入仓和胶带机输送混凝土入仓等方案 9.0.7 碾压混凝土围堰应研究适合碾压混凝土围堰施工特点
19、的施工布置施工程序施工强度和所需机械设备 9.0.8 混凝土围堰采用水下施工应根据堰址水文地形地质资料研究确定水下清基水下立模水下浇筑混凝土的施工方案 9.0.9 根据堰址地形地质水文等条件可选用钢板桩格型围堰草土围堰框架填石围堰沉井等围堰并做好围堰施工设计 10 围堰观测与拆除设计 10.0.1 围堰运行期间应进行下列项目观测 a)堰体垂直位移和水平位移 b)上下游水位 c)围堰堰基堰体和两岸渗水量 d)裂缝堰体局部坍陷堰基翻砂冒水等围堰外部观测 e)过水围堰表面流速及流态 10.0.2 重要围堰采用新型式新结构新材料新工艺的围堰应进行原型观测设计 a)土石围堰观测堰体内部水平位移及土体应力
20、应变总应力及孔隙压力防渗墙应力应变堰基渗压观测等 b)混凝土围堰观测堰体应力应变堰基应力应变堰体及堰基渗压观测 10.0.3 围堰拆除范围拆除宽度和高程应提出拆除设计 10.0.4 围揠拆除设计根据施工总进度要求研究确定拆除时段拆除程序拆除方法和所需施工设备 中华人民共和国电力行业标准 P DL/T5087-1999 水电水利工程围堰设计导则 条 文 说 明 主编部门长江水利委员会长江水利勘测规划设计研究院 批准部门中华人民共和国国家经济贸易委员会 3 总 则 3.0.1 我国在大中型水电水利工程建设中修建了各种型式的围堰通过围堰设计施工运行的实践积累了丰富的经验为适应我国水利水电建设事业发展
21、的需要不断提高围堰设计水平特编制本导则1989年能源部(原电力部)和水利部颁发的SDJ338对围堰设计作了原则规定以该规范为母本制定本导则 3.0.2 围堰设计在确保施工及运行安全的前提下尽量考虑利用当地材料以求经济合理围堰设计方案不仅要考虑施工方便而且还要考虑后期拆除方便大中型水利水电工程围堰设计应对围堰型式平面布置围堰断面结构及基础处理等进行多种方案研究并通过综合经济分析比较最后确定 3.0.3 与永久建筑物相结合的围堰不仅承担施工导流期挡水任务且在工程运行后成为永久建筑物的一部分如纵向围堰的坝体段及导墙段等部位应按永久建筑物标准设计三峡工程的混凝土纵向围堰坝体段及下纵段(工程运行后为溢流
22、坝段与右岸电厂的导墙)均按永久建筑物设计 3.0.4 围堰设计除了执行本导则外还应符合现行国家行业标准的有关规定 4 设计标准与基本资料 4.1 设计标准 4.1.1 围堰级别划分依据SDJ338第2.2.1条在大江大河上修建围堰 若围堰高度超过70m拦蓄库容大于10m3围堰失事后果极为严重围堰级别应相应提高例如长江三峡工程二期上游土石围堰最大高度达82.5m拦蓄库容20m3使用年限4年5年围堰失事将直接威胁下游葛洲坝工程和宜昌市的安全延误三峡工程建设工期 推迟发电造成长江断航后果严重因此二期上游土石围堰按级建筑物设计三峡工程三期上游碾压混凝土围堰最大高度达124m拦蓄库容147m3已属高坝大
23、库使用年限虽3年4年但该围堰不仅保护三期基坑施工还担负着挡水发电和保证通航的重任长期在高水头下运行围堰一旦失事对下游葛洲坝工程及宜昌市将造成重大灾害致使三峡工程左岸电站发电中断和长江断航危害极大因此三期上游碾压混凝土围堰按级建筑物设计鉴于三峡围堰工程是特例故在规范与导则中围堰最高级别仍定为级建筑物 4.1.2 围堰设计洪水标准常用频率法确定根据围堰类型和级别按SDJ338选用还应考虑可能遭遇超标准洪水时的紧急措施围堰设计洪水标准也可采用典型水文年法确定例如长江葛洲坝工程围堰设计考虑坝址水文观测系列达96年设计洪水采用典型年法选择1954年实测最大洪水流量66800m3/s(相当于理论频率重现期
24、约10年)作为围堰设计洪水流量采用1896年实测最大洪水流量71100m3/s(相当于理论频率约20年) 作为校核流量对于大江上游土石围堰和上游纵向钢板桩格型围堰担负挡水发电重任选用1788年的历史调查洪水86000m3/s(相当于理论频率约120年)作为保堰流量巴基斯坦的塔贝拉水利工程围堰设计标准采用10年实测最大洪水流量21300m3/s曼格拉水利工程围堰设计洪水标准则按1959年实测最大洪水流量23600m3/s(相当于20年一遇洪水)说明各工程取用的洪水标准不同因此围堰设计洪水标准应视本工程实测水文观测系列和具体情况综合分析确定 4.1.3 过水围堰的挡水标准在重现期3年20年范围内选
25、定由于过水围堰在汛期允许淹没基坑其选择的挡水流量标准不同每年围堰过水淹没的次数就不同若围堰设计挡水流量标准太高导流建筑物工程费用增大但由于过水次数减少淹没基坑损失的费用相应减少而有效施工时间增长可缩短工期反之若围堰设计挡水流量标准太低导流建筑物工程费用减少工期增长因此过水围堰设计挡水流量标准的选择需进行全面的技术经济比较我国一些水电工程(如乌江渡隔河岩)过水围堰设计挡水流量标准采用实测流量分析法通过对围堰过水次数和停工天数的分析比较选择合理的挡水流量标准若实测水文系列较长视围堰情况也可按实测典型年资料分析选用 4.2 基本资料 4.2.1 围堰设计所需的坝址水文气象资料可利用枢纽主体建筑物设计
26、需要的资料水文资料中频率计算值包括1% 2% 5% 10% 20%频率的全年和枯水期时段及分月瞬时最大及日平均流量典型洪水过程线枯水期逐月平均流量及5% 10% 20%月平均流量例如长江葛洲坝工程三峡工程围堰设计需要枯水期逐月分旬平均流量及5% 10% 20%旬平均流量 坝址水位流量关系曲线通常取围堰轴线的水位流量但对于河道水位比降较大的坝址需测出上下游围堰处的水位流量关系坝址降雨冰情气温及风速资料可利用主体建筑物结构设计和施工设计所需要的资料 4.2.2 围堰设计所需坝址地形地质资料主要是围堰范围内的地形地质图围堰基础覆盖层基岩特性力学指标及渗透资料用于围堰防渗土料防冲块石料及堰体填料的料场
27、资料 4.2.3 围堰平面布置方案研究需要枢纽总布置图永久建筑物结构型式和施工程序等资料对于分期导流方式纵向围堰位置直接影响枢纽布置方案和施工程序 4.2.4 围堰施工设计依据施工导截流方式模型试验及枢纽工程施工总布置总进度进行布置和安排 4.2.5 围堰运行期水力学条件应按围堰设计标准及设计洪水流量和导流泄水条件进行水力学计算求得围堰挡水水位及附近的流速值对于属级以上的建筑物围堰尚需通过水工模型试验验证并测出围堰附近的水流流态及流速资料 对于有漂木和排冰的河道尚需查明漂木和排冰情况以便于设计研究漂木和排冰措施 在有航运要求的河道修建围堰必须尽量减小围堰对航运的影响并采取措施避免或缩短断航期
28、4.2.6 过水围堰运行期的挡水条件按挡水时段的设计流量和导流泄水条件计算围堰挡水位过水水力学条件可按围堰过水设计洪水流量和导流泄水建筑物联合泄流进行计算求得围堰过水泄流量及平均流速鉴于围堰过水最大流速不一定出现在设计洪水流量因此应选择几组流量进行计算同时对围堰下游消能防冲也应进行水力计算对于级过水围堰宜通过水工模型试验测得围堰过水流态及流速资料 4.2.7 围堰平面布置一般距主体建筑物较近尤其是纵向围堰因位置限制靠近主体建筑物布置需分析研究主体建筑物基础开挖断面和爆破对围堰稳定及堰基渗透的影响通常主体建筑物基础开挖采用控制爆破基岩开挖的开口边线与围堰坡脚距离宜控制在10m20m还需满足基坑排
29、水站和施工道路布置的要求 4.2.8 全河床断流方案导流隧洞及明渠泄流可能造成对下游围堰的冲刷一般在导流隧洞及明渠出口平面布置时尽量使主流远离围堰坡脚对大中型导流围堰工程尚需通过水工模型试验测出下游围堰坡脚处的流速流态资料供设计研究围堰防冲保护方案分期导流方案利用束窄河床泄流或已建的永久泄水建筑物泄流对纵向围堰及下游横向围堰坡脚可能造成冲刷拟先进行水力学计算分析必要时通过水工模型试验验证 4.2.9 围堰设计需了解坝址河段泥沙资料包括河流泥沙含量泥沙的物理力学指标渗透系数以便分析围堰修建后上下游围堰迎水坡脚泥沙淤积范围及淤积厚度分期导流方案一期围堰束窄河床后对河床覆盖层造成冲刷需分析河床覆盖层
30、冲刷范围及冲刷深度 5 围堰型式选择 5.1 选择原则 5.1.1 围堰属挡水建筑物虽系临时工程但在运行期必须安全可靠 应满足水工建筑物的稳定防渗及抗冲要求 5.1.2 围堰系临时建筑物通常围堰施工安排在一个枯水期修筑至设计高程或度汛高程以保安全度汛因此围堰施工工期紧同时围堰在围护的永久建筑物投入运行前需拆除部分堰体或全部堰体故在选择围堰型式时应考虑堰体结构简单施工方便在保证围堰施工质量的前提下有利于加快施工速度和后期拆除 5.1.3 围堰基础处理使其满足堰体稳定和防渗要求围堰型式选择时 应结合围堰基础地质(含堰基覆盖层及基岩)条件尽量简化基础处理方案在保证施工质量前提下以加快围堰施工进度 围
31、堰与岸坡或建筑物连接需满足防渗和稳定要求应视岸坡地形地质条件和建筑物的结构特点选择连接简便的接头型式 5.1.4 围堰型式选择应充分利用当地材料和主体建筑物基础开挖料在大中型水电工程中应优先选用土石围堰以便于填筑和拆除 5.1.5 围堰型式选择应尽可能使堰体与主体建筑物相结合以节省工程投资例如辽宁省山美土石坝高72.5m上游土石围堰高18m作为土石坝的一部分三峡工程二期下游纵向混凝土围堰高56.5m与溢流坝导墙相结合 5.1.6 围堰是临时建筑物设计标准不宜太高在围堰型式选择时要能适应防汛抢险施工需要在遇超标准洪水时采取应急措施加高围堰 5.2 土石围堰 5.2.1 土石围堰的优点是可利用当地
32、材料堰基易于处理施工和拆除都较简便属常用的围堰型式 5.2.2 土石围堰防渗体填料应视坝址料源情况综合分析比较选定坝址附近如有渗透系数小于0.1 10-3cm/s的土料应优先采用 若坝址附近有砾石土料或风化页岩石渣碾压密实后渗透系数达5.0 10-3cm/s 0.110-3cm/s可用作防渗料采用加大防渗体断面以满足围堰防渗要求例如 长江葛洲坝二三江上游土石横向围堰采用砂壤土心墙防渗体大江下游土石横向围堰高度30m 34m河床部位轴线长780m堰基砂砾石覆盖层厚度10m 15m平均渗透系数17m/d 最大85m/d围堰防渗体采用二江基坑开挖的黏土质粉砂岩石渣和二江围堰拆除的砂壤土及砂砾石混合料
33、在截流戗堤设砂砾石过渡带其迎水侧全部抛填混合料水下边坡1 4水上边坡13实测混合料的渗透系数1.0 10-3cm/s 5.0 10-3cm/s围堰运行五年实测最大渗水量1200m3/h随着围堰坡脚处淤积渗水量逐渐减小 5.2.3 除土料防渗体以外的其他材料防渗体 a)土工膜用于土石坝防渗材料是近10年的事土石围堰防渗体的水上部位应优先选用土工膜防渗福建省水口水电站二期上下游土石围堰基础覆盖层厚24m采用泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑混凝土防渗墙上部接土工膜心墙高度26m土工膜防渗面积4.44104m2围堰运行防渗效果良好 b)现浇混凝土心墙主要用于堰体水上部位堰体水下部位常结合围堰基础防渗墙采用泥
34、浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑水下混凝土例如长江葛洲坝工程大江上游土石围堰水下部位最大深度40m防渗墙采用泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑混凝土防渗墙其水上部位防渗心墙高10m采用现浇混凝土防渗墙围堰运行5年防渗效果良好 c)目前在河床覆盖层中泥浆固壁冲击钻造孔成槽浇筑混凝土防渗墙最大深度已达68m但据国内已建防渗墙设计及施工经验对于覆盖层深度超过60m的防渗墙或在填料未经压实的堰体中建造高度超过30m的防渗心墙计算防渗墙体拉应力超过混凝土允许拉应力需研究采用结构措施 葛洲坝工程大江上游土石围堰堰体最大高度50m水下填料高度20m 30m防渗心墙采用两排混凝土防渗墙三峡工程二期上游土石围堰堰体最大高度82
35、.5m水下填料高度达60m防渗心墙设计为两排混凝土防渗墙拟使用反循环冲击钻机施工 d)沥青混凝土斜墙和心墙可用于围堰防渗体的水上部位沥青混凝土斜墙下接黏土斜墙铺盖其插入黏土斜墙的深度为(1/2 1/3)H(水头)沥青混凝土心墙下接混凝土防渗心墙通常在接缝处设止水片也可采用铺设沥青含量较高的沥青混凝土加厚层或填以沥青玛脂等填料以防止接缝脱开 e)钢板桩心墙因其施工简单且钢板桩可重复使用故在国外水电工程应用较广泛通常钢板桩高度12m 15m为宜适合于砂质基础对于砂砾石覆盖层其卵石含量少于40%且粒径大于20cm的含量少于10%较适宜例如陕西省安康水电站一期围堰基础砂卵石覆盖层厚8m 15m采用插打
36、钢板桩防渗墙围堰运行防渗效果较好 5.2.4 纵向土石围堰的坡脚流速4m/s 5m/s可采用抛块石防冲体保护控制块石粒径0.3m 0.7m重量90kg 500kg面层抛3 4层粒径大于0.8m重量大于700kg的大块石保护例如长江葛洲坝一期土石纵向围堰下游矶头坡脚抛投块石防冲体保护块石粒径0.3m 0.7m面层大块石粒径0.8m 1.0m运行5年汛期最大流速5.2m/s防冲效果良好若围堰坡脚流速大于5m/s采用块石防冲体保护尚不能保证安全运行需研究专门的防冲措施可采用钢筋笼块石或混凝土防冲板保护其保护宽度视该部位的覆盖层情况而定钢筋笼块石及混凝土防冲板均要考虑适应基础冲塌变形以防止围堰坡脚基础
37、覆盖层被水流淘刷例如长江葛洲坝一期土石纵向围堰上游丁坝坡脚流速达7.2m/s采用混凝土块柔性排保护坡脚混凝土块尺寸4m 4m及8m 8m厚1.2m 1.7m相邻块之间选用可变形的钢筋型式连接围堰运行5年防冲效果良好 5.2.5 土石围堰过水单宽流量小于40m3/(s m)流速在5m/s以内可采用铅丝笼块石或大块石(粒径0.5m 0.8m)保护流速5m/s 7m/s可采用钢筋笼块石加筋块石特大块石(重3t 5t)保护流速7m/s 10m/s采用浆砌块石混凝土块保护工程实践证明土石过水围堰仅用单宽流量衡量设计指标尚不够全面例如湖北省清江隔河岩工程下游土石过水围堰轴线长度200m堰顶过流量8000m
38、3/s时堰顶单宽流量40m3/(s m)下游坡面水深7m4.5m最大流速12.3m/s堰顶及下游坡水深8.5m 7.5m最大流速10.2m/s堰顶过流量13700m3/s单宽流量68.5m3/(s m)时堰顶及下游坡水深11m 10m最大流速7.3m/s说明围堰过流量超过8000m3/s堰顶及下游坡水深增大形成潜堰流速反而减小因此采用单宽流量和流速衡量土石过水围堰设计指标较为全面土石围堰过水单宽流量大于40m3/(s m)流速大于10m/s需仔细分析围堰过水水力条件 并通过水工模型试验研究采取防冲措施以确保安全运行广西红水河大化水电站土石过水围堰高17.5m设计过流量8420m3/s最大单宽流
39、量104m3/(s m)流速11.6m/s采用3.3m 2m厚0.7m混凝土块保护实际过流量5140m3/s最大单宽流量70.4m3/(s m)贵州省普定水电站土石过水围堰高15.5m设计过流量3890m3/s最大单宽流量75m3/(s m)流速12.5m/s采用3m3m厚0.5m混凝土块保护实际过流量2600m3/s最大单宽流量53m3/(s m)湖北省清江隔河岩工程下游土石过水围堰高16m覆盖层厚8m 19m设计过流量13700m3/s最大单宽流量68.5m3/(s m)流速12.4m/s采用10m 10m厚1.5m混凝土块保护实际过流量10700m3/s最大单宽流量50.4m3/(s m
40、)流速11.5m/s上述土石过水围堰虽然单宽流量大于40m3/(s m)或流速大于10m/s 但运行实践证明采用的防冲保护措施效果良好 5.3 混凝土围堰 5.3.1 混凝土围堰具有抗冲及抗渗能力大断面尺寸小易于与永久混凝土建筑物相连接堰体可过水等优点故在我国水电工程中大多数纵向围堰和横向过水围堰采用混凝土围堰例如三门峡丹江口水口五强溪三峡等大型水电工程的纵向围堰采用混凝土围堰乌江渡岩滩隔河岩等大型水电工程的过水围堰采用混凝土围堰混凝土围堰常用重力式和拱型例如贵州乌江渡上游过水围堰湖北省清江隔河岩水电站上游过水围堰都做成拱型围堰 5.3.2 碾压混凝土每米3的水泥用量为50kg 70kg(胶凝
41、材料总量140kg 165kg粉煤灰掺量约为55% 65%)较常态混凝土的水泥用量低混凝土浇筑方法简单 施工速度快劳动强度大的立模工作量减少并取消了冷却水管和接缝灌浆工艺减少材料用量节省工程投资我国在混凝土围堰中已推广采用碾压混凝土例如广西岩滩水电站上下游过水围堰均采用碾压混凝土围堰上游围堰高52m轴线长278m碾压混凝土量17.2万m3下游围堰高42m轴线长260m碾压混凝土量11.3万m3湖北省清江隔河岩水电站上游过水围堰采用碾压混凝土围堰围堰高42m轴线长290m碾压混凝土量11.1万m3江西省万安水电站上游过水围堰采用碾压混凝土围堰围堰高24m轴线长234m碾压混凝土量5.4万m3福建
42、省水口水电站纵向围堰采用碾压混凝土围堰围堰高26m轴线长280m碾压混凝土量28万m35.3.3 纵向混凝土围堰本身抗冲流速可达20m/s但对围堰迎水面的基础需采取相应的防冲保护措施才能确保围堰安全运行根据围堰基础的地质情况在围堰迎水面基础宜研究用混凝土防冲板保护方案若布置防冲板有困难也可采取挖防冲槽浇筑混凝土保护方案 5.3.4 混凝土过水围堰需通过分析计算拟定下游消能工及防冲措施 以保护下游河床及两岸基础并应经过水工模型试验验证对上游过水围堰尚需考虑大坝施工形象面貌对围堰下游消能工的影响并按下游水力衔接最不利的工况进行防冲设计若围堰基础地质地形条件尚好可采用挑流消能以减少下游防护工程量简化
43、施工若围堰基础地质地形条件较差宜采用底流消能但下游防护工程量大需视施工条件及工期的可行性进行综合分析比较 5.4 其他型式围堰 5.4.1 浆砌块石围堰所用的石料砂砾料可以就地取材所用水泥钢材木材的消耗量较混凝土围堰少投资也较省较土石围堰工程量小抗冲性能好且施工期允许过水浆砌块石围堰可作纵向围堰和横向过水围堰浆砌块石围堰需在干地施工 以保证砌石质量若具备水下施工条件可将水下部分浇筑混凝土水上部分采用浆砌块石例如隔河岩下游围堰缺口封堵纵向隔墙及导流隧洞封堵期为保证坝下游供水而修筑的土石围堰纵向导墙均采用浆砌块石 木笼围堰是木结构框架和散粒填料组成的混合结构在华东及中南地区修建的水电工程例如黄坛口
44、梅山新安江富春江乌溪江建溪柘溪等工程中有应用实例该种型式围堰具有适用性广施工快较土石围堰工程量小抗冲能力强等优点可在水深10m 15m的河流中进行施工用作纵向围堰和过水围堰(顶部需设混凝土防冲盖板)有较明显优点建溪工程的木笼围堰高度达20m湖南柘溪水电站上游过水围堰高34m下部土石围堰上部接木笼围堰的木笼土石混合围堰新安江水电站上游木笼围堰高14.2m堰顶过水单宽流量32.6m3/(s m)下游木笼围堰高15.7m堰顶过水单宽流量47.3m3/(s m)木笼围堰要消耗大量木材因此应用受到限制 浙江富春江水电站上游过水围堰高度28m采用竹笼背水侧设土石支撑体的竹笼土石混合围堰围堰顶部采用竹筋混凝
45、土面板保护溢流单宽流量30m3/(s m) 宁夏八盘峡水电站三期上游围堰采用草土围堰高达17m实际挡水高度14m 5.4.2 美国马克兰德水电站厂房施工围堰采用双排圆筒形格体高度达35m美国肯塔基水电站围堰采用花瓣形格体高度为29.87m 葛洲坝工程二期纵向围堰采用干地施工先浇筑混凝土基座上接钢板桩格型围堰圆筒形格体直径19.87m高19.5m在混凝土面上插打钢板桩形成圆筒格体再回填砂砾石料 6 围堰布置 6.1 布置原则 6.1.1 围堰平面布置的原则 6.1.2 围堰与岸坡接头设计应保证堰体与岸坡接合面具有良好的防渗性能并防止岸坡附近的堰体产生不均匀沉陷而开裂及土石围堰防渗体产生水平劈裂土
46、石围堰与混凝土建筑物的连接型式应使围堰不致产生裂缝防止与防渗体接触带产生渗透变形以保证围堰稳定并使结合面具有良好的防渗性能 6.1.3 围堰布置应考虑水力学条件及防冲要求 a)纵向围堰布置既要考虑沿线堰体坡脚附近水流平顺还需兼顾上下游横向围堰坡脚附近的流态流速情况避免水流紊乱对横向围堰坡脚造成危害性冲刷例如葛洲坝一期土石纵向围堰因围护二期纵向围堰上下游端部弯段施工的需要上游横向段与纵向段的相接处和下游横向段与纵向段的相接处形成凸出部位(称矶头)起到挑流作用矶头部位坡脚流速达5m/s 7m/s纵向段沿线及下横段坡脚处为回流区流速1m/s 2m/s对矶头部位进行重点防冲保护运行实践证明此设计是成功
47、的 b)过水围堰布置需考虑堰顶过水的流态流速情况尽量使水流平顺均匀宣泄避免水流集中及水流紊乱而对堰体和两岸及下游基础造成危害性冲刷 c)围堰与导流泄水建筑物(包括临时的导流建筑物和永久泄水建筑物)进出口的距离应视导流泄水建筑物泄流的流态及流速情况而定一般距进口10m 50m距出口30m 100m或在导流泄水建筑物进出口修筑一定长度的导墙以防止导流泄水建筑物泄流对围堰坡脚造成危害性冲刷 6.1.4 围堰位置应考虑基础覆盖层及基岩条件围堰防渗轴线宜选择在覆盖层较薄和基岩条件较好的部位以减少围堰基础防渗处理工程量 6.1.5 围堰布置应尽量避开两岸溪流进入基坑同时堰体与岸坡接头需防止两岸溪沟的水流对
48、围堰坡脚的冲刷围堰布置若较难避开两岸溪沟对堰体的影响可研究将溪沟改道引至围堰坡脚的下游例如葛洲坝工程大江下游土石围堰与右岸坡接头位于紫阳河(实测最大流量20m3/s)出口处设计采用打一条长138m的改道隧洞(宽4m高4.5m的圆拱直墙断面)将紫阳河出口向下游移200m引入长江避免了紫阳河出口水流对围堰坡脚的冲刷运行效果很好 6.2 断流围堰布置 6.2.1 围堰轴线布置原则 6.2.2 上下游横向围堰迎水坡脚距导流泄水建筑物进出口的距离通常距导流泄水建筑物进口混凝土围堰为10m 30m土石围堰为30m 50m距导流泄水建筑物出口混凝土围堰为30m 50m土石围堰为50m 100m以防止导流泄水
49、建筑物泄流对围堰坡脚造成危害性冲刷 6.2.3 上下游横向围堰通常布置为直线若为围护永久建筑物施工需要围堰可布置为折线例如葛洲坝工程二期上下游土石横向围堰为围护大江船闸及导航墙施工围堰布置为折线对于横向混凝土围堰及浆砌块石围堰为减少工程量视地形地质条件也可布置呈拱形或曲线形 6.2.4 上下游横向过水围堰轴线通常与河道水流向垂直布置使堰顶泄流均匀平顺避免水流集中及紊乱水流对堰体和两岸及下游基础造成危害性冲刷 6.3 分期围堰布置 6.3.1 分期围堰布置主要是合理拟定纵向围堰的位置通常在大江大河上修建纵向围堰水深流急其施工难度较大因此纵向围堰位置大多选在坝址河床漫滩基岩较高处以避开河道主流区纵向围堰位置还应根据枢纽布置要求考虑导流流量和导流期间的水力学条件及对通航的影响围堰及河床的防冲保护措施等因素综合分析比较以确定最优布置方案通常对在岩基和覆盖层厚度小于3m的河床一期围堰束窄河床程度可控制在40%60%例如新安江西津水电站一期围堰束窄河床程度为60%青铜峡水电站一期围堰束窄河床程度达70%对河床较宽且纵向围堰建在覆盖层基础上一期围堰束窄河床程度取用30% 40%例如大化水电站一期围堰束窄河床程度为40%罗马尼亚与南斯拉夫在多瑙河上合建的铁门水电站一期围堰束窄程度为35%但在
